原子核（解析版）-2025年高考物理二轮复习

专题24原子核

考点愿型归纳

一、计算某原子核中的质子数和中子数.................2

二、放射性元素的衰变................................3

三、分析原子核的结合能与比结合能...................5

四、核裂变与核聚变..................................7

五、质能方程的应用..................................9

1

专题一计算某原子核中的质子数和中子数

1.（2023•全国甲卷•高考真题）在下列两个核反应方程中X+^NfY+?O、Y+；Li-2X,

X和Y代表两种不同的原子核，以Z和/分别表示X的电荷数和质量数，则（）

A.Z=1,A=1B.Z=1>A=2C.Z=2,A=3D.Z=2,A=4

【答案】D

【详解】设Y电荷数和质量数分别为根和力根据核反应方程质量数和电荷数守恒可知第

一个核反应方程的核电荷数和质量数满足

/+14=〃+17,Z+7=+8

第二个核反应方程的核电荷数和质量数满足

〃+7=2A,m+3=2Z

联立解得

Z=2,A=4

故选D。

【点睛】

2.（2022・湖北•高考真题）上世纪四十年代初，我国科学家王渔昌先生首先提出证明中微子

存在的实验方案：如果静止原子核;Be俘获核外K层电子e,可生成一个新原子核X,并放

出中微子ve,即：Be+」e-X+»e。根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量

中微子的能量和动量，进而确定中微子的存在。下列说法正确的是（）

A.原子核X是;LiB.核反应前后的总质子数不变

C.核反应前后总质量数不同D.中微子匕的电荷量与电子的相同

【答案】A

【详解】AC.根据质量数守恒和电荷数守恒有，X的质量数为7,电荷数为3,可知原子核

X是;Li,A正确、C错误；

B.由选项A可知，原子核X是;Li,则核反应方程为;Be++°ve,则反应前

的总质子数为4,反应后的总质子数为3,B错误；

D.中微子不带电，则中微子嗅的电荷量与电子的不相同，D错误。

故选Ao

2

3.（2024・广东・高考真题）我国正在建设的大科学装置一“强流重离子加速器”。其科学目

标之一是探寻神秘的“119号”元素，科学家尝试使用核反应Y+^Amf^X+2；n产生该元

素。关于原子核Y和质量数A,下列选项正确的是（）

A.Y为言Fe,A=299B.Y为卷Fe,A=301

C.Y为北Cr,A=295D.Y为；：Cr,A=297

【答案】C

【详解】根据核反应方程

Y+2；；Amf|「X+2；n

根据质子数守恒设Y的质子数为y,则有

y+95=119+0

可得

y=24

即Y为::Cr；根据质量数守恒，则有

54+243=A+2

可得

A=295

故选C。

专题二放射性元素的衰变

4.（2024・浙江・高考真题）发现中子的核反应方程为:He+；BefX+；n,“玉兔二号”巡视器

的核电池中杯238的衰变方程为型畿PU—2；；U+Y,下列正确的是（）

A.核反应方程中的X为1C

B.衰变方程中的Y为狙e

C.中子版的质量数为零

D.杯238的衰变吸收能量

【答案】A

3

【详解】AB.根据质量数和电荷数守恒可知X为1C,Y为;He,故A正确，B错误；

C.中子的质量数为1,故C错误；

D.衰变过程中质量亏损，释放能量，故D错误。

故选Ao

5.（2024•北京・高考真题）已知社234的半衰期是24天。1g社234经过48天后，剩余社

234的质量为（）

A.0gB.0.25gC.0.5gD.0.75g

【答案】B

【详解】半衰期1g钮234经过48天后，剩余质量

故选Bo

6.（2024•山东・高考真题）2024年是中国航天大年，神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天，

部分航天器装载了具有抗干扰性强的核电池。已知黑Sr衰变为"丫的半衰期约为29年；ZPu

衰变为第U的半衰期约87年。现用相同数目的整r和琵Pu各做一块核电池，下列说法正确

的是（）

A.；；Sr衰变为2Y时产生a粒子

B.衰变为空U时产生p粒子

C.50年后,剩余的;；Sr数目大于噂Pu的数目

D.87年后,剩余的［Sr数目小于曾Pu的数目

【答案】D

【详解】A.根据质量数守恒和电荷数守恒可知衰变为"Y时产生电子，即［3粒子，故A

错误；

B.根据质量数守恒和电荷数守恒可知2；；Pu衰变为aU时产生;He,即a粒子，故B错误；

CD.根据题意可知2；：Pu的半衰期大于；；Sr的半衰期，现用相同数目的［Sr和若Pu各做一

块核电池，经过相同的时间，；给r经过的半衰期的次数多，所以［Sr数目小于置Pu的数目，

故D正确，C错误。

4

故选D。

7.（2024・天津•高考真题）中国社基熔盐堆即将建成小型实验堆，为我国能源安全和可持续

发展提供有力支持。反应堆中涉及的核反应方程有：

①X+$Thf筮。②■pa+小，下列说法正确的是（）

A.方程①中X是中子

B.方程②中$Th发生了"衰变

C.受反应堆高温影响，物Th的半衰期会变短

D.方程②释放电子，说明电子是原子核的组成部分

【答案】AB

【详解】A.根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，方程①中X质量数为1,电荷数为零，

则是中子，选项A正确；

B.方程②中物Th放出负电子，则发生了夕衰变，选项B正确；

C.放射性元素的半衰期与外界因素无关，选项C错误；

D.方程②释放的电子是原子核内的中子转化为质子时放出的，不能说明电子是原子核的组

成部分，选项D错误。

故选ABo

专题三分析原子核的结合能与比结合能

8.（2024•浙江•高考真题）已知笊核质量为2.0141U,氤核质量为3.0161U,氢核质量为4.0026u,

中子质量为1.0087U,阿伏加德罗常数/取6.0xl023moL,中核摩尔质量为2g.moL,lu相

当于93L5MeV。关于笊与氤聚变成氨，下列说法正确的是（）

A.核反应方程式为;H+；Hf；He+；n

B.笊核的比结合能比氢核的大

C.笊核与氤核的间距达到就能发生核聚变

D.4g笊完全参与聚变释放出能量的数量级为lf^MeV

【答案】D

【详解】A.核反应方程式为

5

He+[n

故A错误；

B.笊核的比结合能比氢核的小，故B错误；

C.笊核与定核发生核聚变，要使它们间的距离达到lO^m以内，故C错误；

D.一个笊核与一个瓶核聚变反应质量亏损

Am=（2.0141+3.0161-4.0026-1.0087）u=0.0189u

聚变反应释放的能量是

\E=\m-931.5MeV«17.6MeV4g气完全参与聚变释放出能量

£'=lx6xl023xA£«2.11xl025MeV

2

数量级为IC^MeV,故D正确。

故选D。

9.（2023•浙江•高考真题）“玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜。核电池将若Pu衰

变释放的核能一部分转换成电能。2；：尸"的衰变方程为鬻尸*u+；He,则（）

A.衰变方程中的X等于233B.；He的穿透能力比＞射线强

C.曹尸〃比*U的比结合能小D.月夜的寒冷导致曹尸〃的半衰期变大

【答案】C

【详解】A.根据质量数和电荷数守恒可知，衰变方程为

*uf空U+；He

即衰变方程中的X=234,故A错误；

B.；He是a粒子，穿透能力比丫射线弱，故B错误；

C.比结合能越大越稳定，由于2；：Pu衰变成为了焉U,故空U比碧Pu稳定，即[Pu比窗U

的比结合能小，故C正确；

D.半衰期由原子核本身决定的，与温度等外部因素无关，故D错误。

故选C。

10.（2024・河南•二模）我国的火星探测车用放射性材料2；：Pu作为燃料，其原理为2；；Pu发

生衰变时将释放的能量转化为电能，衰变方程为2j；U+X,下列说法正确的是（）

6

A.X是电子

B.空U和X的总质量等于2；：Pu的质量

C.升高温度可以使2；；Pu的半衰期变短

D.2j；Pu核的比结合能小于核的比结合能

【答案】D

【详解】A.根据质量数、电荷数守恒，可得X为;He,故A错误；

B.由于衰变过程中释放能量，所以衰变过程存在质量亏损，故B错误；

C.半衰期只由原子核内部自身因素决定，升高温度不可以使畿Pu的半衰期变短，故C错

误；

D.因生成物更稳定，则比结合能更大，所以？Pu的比结合能小于空U的比结合能，故D

正确。

故选D。

专题四核裂变与核聚变

11.（2024•全国甲卷・高考真题）笊核可通过一系列聚变反应释放能量，总的反应效果可用

6；Hf2：He+£n+Mp+43』5MeV表示，式中x、y的值分别为（）

A.x=l,y-2B.x=l,y=3C.x=2,y-2D.x=3,y=l

【答案】C

【详解】根据反应前后质量数和电荷数守恒可得

6x2=2x4+x+y

6=2x2+y

解得

x=2,y-2

故选C。

12.（2025•河南安阳,二模）中国环流器二号M是我国新一代研究核聚变的磁约束实验装置,

采用更先进的结构与控制方式，使等离子体的体积提高了2倍，等离子体电流能力提高到

2.5兆安培以上，等离子体温度达到1.5亿度，是聚变核能开发跨越式发展的重要依托装置,

7

其核聚变方程为;H+；Hf；He+X,下面说法正确的是（）

A.X为正电子

B.该核反应电荷数守恒，但质量数不守恒

C.:H的结合能大于：He的结合能

D.汨的比结合能小于;He的比结合能

【答案】D

【详解】AB.根据电荷数和质量数守恒，X为中子（卜），故AB错误；

CD.氢核聚变释放大量的核能，生成物更稳定，结合能增大，比结合能也增大，故C错误,

D正确；

故选D。

13.（2024・甘肃•二模）恒星内部发生着各种热核反应，其中“氮燃烧”的核反应方程为

；He+；HeTBe+y,：Be是不稳定的粒子，其半衰期为7,则下列说法正确的是（）

A.fBe的衰变需要外部作用激发才能发生

B.经过两个半衰期7,剩下的：Be粒子占开始时的:

O

C.核反应的过程中质量数守恒，可知4=8

D.“氢燃烧”的核反应是聚变反应，反应过程中没有质量亏损

【答案】C

【详解】A.衰变是自发的，不需要外部作用激发也能发生，故A错误；

B.经过两个半衰期，有:的：Be粒子发生衰变，剩下的：Be粒子占开始时的《，故B错误;

C.根据核反应的过程质量数守恒，则

4+4=A

可知

A=8

故C正确；

D.该核反应是聚变反应，反应过程中有质量亏损，故D错误。

故选C。

8

专题五质能方程的应用

14.（2023•全国乙卷・高考真题）2022年10月，全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线

暴，其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献。由观

测结果推断，该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为1048J。假设释放的能量来自于物

质质量的减少，则每秒钟平均减少的质量量级为（光速为SxIO'n/s）

A.1019kgB.1024kgC.1029kgD.1034kg

【答案】C

【详解】根据质能方程E=mc2可知，则每秒钟平均减少的质量为

、E1048及。

Am=一o=----------=--------kg

60c一eoxfsxio8）-5.4

则每秒钟平均减少的质量量级为10"kgO

故选Co

15.（2022・辽宁•高考真题）2022年1月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究

实验成果。表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列。实验中所用核反应方程为

XMgA1,已知X、Mg、Al的质量分别为犯、加2、啊，真空中的光速为c,该

反应中释放的核能为E。下列说法正确的是（）

A.X为笊核;HB.X为氤核

22

C.E=（ml+m2+m3）cD.E=（mx+m2-m3^c

【答案】D

【详解】AB.根据